[发明专利]一种具有频偏修正效果的时间－距离域映射方法

说明书

技术领域

本发明属于Lamb波信号处理领域，尤其涉及Lamb波频散补偿方法。

背景技术

诸如载人飞行器、核反应堆和桥梁等重要结构在其服役过程中很容易产生各种形式的损伤，为了避免结构损伤带来的灾难或损失，必须对这些结构进行长期有效的监测，而传统的无损检测技术已不能很好满足该监测要求。为此，研究者们提出了结构健康监测的概念。结构健康监测技术是一种在线、动态、实时的监测技术，其近几年得到高速发展并在工程结构的安全和可靠性评估中发挥着日益重要的作用。Lamb波是一种板类结构中传播的超声导波，因其能够传播较远距离并且对结构表面和内部损伤均敏感的优点，在结构健康监测领域得到日益广泛的应用，Lamb波监测技术已成为一个研究热点。Lamb波具有多模和频散特性，即使对于单模式的Lamb波信号，频散效应也使其波包发生扩展和变形，幅值随之减小，这种现象会随着传播距离的增大表现得越明显，严重降低了传感信号的分辨率和信噪比。

现有技术中，时间反转方法无需Lamb波在结构中传播的先验知识便可自动补偿频散特性，但同时也消除了Lamb波的传播时间，为后续损伤识别增加了难度。Alleyne通过信号再次激励来抑制传播距离已知的特定模态的频散现象。Sicard等基于后向传播函数提出一种频散补偿方法，该方法需要积分运算，计算量较大[参考文献1]。Wilcox通过把信号从时域变换到空间域来消除频散特性[参考文献2]，由于未修正处理过程中对激励信号波数谱的影响，使处理结果发生频偏现象[参考文献3]，为信号解释造成困难。

[参考文献1]Sicard R，Goyette J，Zellouf D.A numerical dispersion compensation technique for time recompression of Lamb wave signals.Ultrasonics，2002，40(1-8)：727-732.

[参考文献2]Wilcox PD.A rapid signal processing technique to remove the effect of dispersion from guided wave signals.IEEE Transactions on Ultrasonics，Ferroelectrics，and Frequency Control，2003，50(4)：419-427.

[参考文献3]Xu B，Yu L，Giurgiutiu V.Lamb Wave Dispersion Compensation in Piezoelectric Wafer Active Sensor Phased-Array Applications In：Kundu Tribikram(ed.).Health Monitoring of Structural and Biological Systems 2009.Proceedings ofthe SPIE，2009，7295.。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种具有频偏修正效果的时间-距离域映射方法。

本发明的具有频偏修正效果的时间-距离域映射方法，包括下列步骤：

1)求取频散波数和非频散波数关系

数值求解或实验测得Lamb波信号的频散波数关系K(ω)，并计算非频散波数关系K_max(ω)：

K_max(ω)＝ω/c_g0

其中，ω为解频率，c_g0为信号在中心频率处的群速度；

2)计算原始频散信号频谱；对原始频散信号v(t)进行傅立叶变换得到其频谱为V(ω)；

3)求取信号波数谱：

首先，根据K(ω)，计算出插值映射序列Ω(k)；

Ω(k)＝K^-1(ω)

其中，K^-1(ω)为K(ω)的逆函数。

其次，对V(ω)在ω＝Ω(k)处进行插值处理，得到信号波数谱V′(k)：

V′(k)＝V[Ω(k)]

其中，V[Ω(k)]为对V(ω)在ω＝Ω(k)处的插值处理结果：

4)修正激励信号波数谱：

首先，计算插值映射序列Ω_n×n(k)：